Gear Types (기어 종류)

기어는 motion 이나 power를 한 shaft에서 다른 shaft로 옮기기 위해서 주로 사용한다. 시스템에서 기어의 주요한 역할은 1. speed ratio change, 2. torque ratio change, 3. changing direction of rotation / converting rotation to translation 이다.

해당 역할을 수행할 수 있는 다양한 기어의 종류에 대해서 알아보자.

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첫번째로는 Spur Gear이다. 가장 흔한 형태의 기어로, 평행한 shaft를 통해서 power를 전달한다. Spur gear의 경우 기어의 teeth가 shaft의 축과 평행하기 때문에 shaft에 axial 하중은 가하지 않고 radial reaction 하중만을 가하게 된다.

빠른 속도로 회전할 때 생기는 큰 소음 때문에 최대 3600rpm 까지인 low-medium speed가 필요한 상황에서 주로 사용된다.

Spur gear는 단순한 디자인, 낮은 생산 비용, 그리고 유지에 유리하다.

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Helical Gear는 Spur gear와 유사하게 평행한 shaft를 사용한다. 하지만 사진에서 볼 수 있듯이 shaft와 기어의 teeth가 각을 이루고 있다. 이러한 형태적 특성 때문에 operation 중에는 한 개 이상의 teeth가 접하고 있게 되고, spur 기어보다 더욱 많은 load를 나를 수 있다.

기어의 teeth가 잘 맞물려 있기 때문에 high speed application에 적합하고, spur gear에 비해 더욱 부드럽고 조용하다.

하지만 teeth 사이에 sliding contact가 있기 때문에 gear shaft에 axial thrust를 발생시키고 더욱 많은 열을 만들기 때문에 spur gear에 비해 비효율적이다.

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Bevel Gear는 콘과 같은 모양을 갖고 있는데, 주로 직각으로 연결된 shaft 사이에서 power을 전달할 때 사용된다.

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Worm gear는 non-intersecting shaft 사이에서 90도로 power를 전달할 때 사용된다. Worm 기어는 thrust load를 발생시키고 high shock load가 가해지는 상황에 적합하다.

Worm 기어의 주요한 단점은 high friction과 그에 따른 axial stress에 의한 15%에 달하는 낮은 효율성이다.

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Hypoid gear는 교차하지 않는 shfat 사이에서 작동한다. 기어의 중심에서 떨어져있는 형태로 인해서 large diameter shaft가 가능하게 한다. 이는 pinion의 지름을 크게 할 수 있음을 의미하고, 그에 따라 큰 torque가 필요한 상황에 적합하게 한다.

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Rack & Pinion gear는 rotational motion을 linear motion으로 바꿀 때 사용된다.

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Magnetic gear는 mechanical gear와 기능은 비슷하지만 teeth 대신에 자석을 이용한다.

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출처: https://www.youtube.com/watch?v=ZhDO16FDmxA&list=WL&index=7